[发明专利]基于松针状CdS/CdO异质结构纳米敏感材料的H2

说明书

一种基于松针状CdS/CdO异质结构纳米敏感材料的H₂S气体传感器及其制备方法，属于半导体气体传感器技术领域。传感器由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管衬底、涂覆在Al₂O₃陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料、置于Al₂O₃陶瓷管内的镍镉加热线圈组成。敏感材料为松针状CdS/CdO异质结构纳米敏感材料，由纳米棒分等级组装而成。本发明利用松针状结构的几何效应，以及CdS/CdO两者之间的异质结构进而有效地提高了传感器对于H₂S的敏感特性。此外，本发明器件工艺简单，成本低廉，体积小，适于大批量生产，在检测H₂S方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体气体传感器技术领域，具体涉及一种基于松针状CdS/CdO 异质结构纳米敏感材料的H₂S气体传感器及其制备方法。

背景技术

H₂S在标准状况下是一种易燃的酸性剧毒气体，遇到明火、高热能容易引起爆炸。H₂S对黏膜有强烈的刺激作用，主要通过呼吸道侵入人体，可对人体呼吸系统、神经系统甚至心脏器官造成损害，大量吸入H₂S会造成呼吸衰竭而迅速死亡。H₂S广泛存在于煤的炭化、石油开采、沼泽挖掘等各种生产过程中，还会带来酸雨等环境灾害。据统计涉及H₂S的职业有70多个，中国H₂S职业接触限值：最高允许浓度(MAC)为10mg/m³。因此，对于H₂S气体的检测具有十分重要的意义。

在现有的众多H₂S气体传感器中，如荧光探针、光波导传感器、聚合物传感器等，存在设备昂贵、操作复杂的问题。基于半导体材料的化学电阻气体传感器具有器件结构简单、制备方便、传感性能优良等优点，是一种很有应用前景的气体传感器。随着纳米科学与技术的发展，通过调控气敏材料的纳米结构提高材料的比表面积、增加活性位点，可以使气敏特性得到改善。另外，通过使两种气敏材料相结合，利用它们之间的协同效应及电阻调制作用可以使得气敏特性得到进一步的提升。

CdS作为一种重要的II-VI族化合物，广泛应用于光电探测、太阳能电池和光催化等领域，然而由于纯CdS相对较高的工作温度和较差的导电性，阻碍了其在气敏领域的应用。因此，采用金属硫化物表面自模板氧化的方法引入CdO对于 CdS材料进一步改性，从而提升其气敏性能至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于松针状CdS/CdO异质结构纳米敏感材料的H₂S 气体传感器及其制备方法。

利用CdS/CdO异质结构作为敏感材料，一方面以CdS作为基底，为CdO的修饰提供了良好的基体形貌，有利于气体的传输和检测；另一方面CdS和CdO之间由于费米能级的不同会形成大量的异质结，这些异质结的出现会提供更多的反应活性位点。这两方面的共同作用大幅提高了气体与敏感材料的反应效率，进而提高了传感器的灵敏度。本发明所采用的市售管式结构传感器，制作工艺简单，体积小，利于工业上批量生产，因此具有重要的应用价值。

本发明所述的基于松针状CdS/CdO异质结构纳米敏感材料的H₂S气体传感器，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管衬底、涂覆在Al₂O₃陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料、置于Al₂O₃陶瓷管内的镍镉加热线圈组成；其特征在于：敏感材料为松针状CdS/CdO异质结构纳米敏感材料，且由如下步骤制备得到：